بررسی میزان و فعالیت سیرتوئین در رتهای دیابتی شده وتحت محدودیت کالری و اثر نیتریک اکساید بر آن

الموضوعات :

صفر محسنی بندپی ¹ (دانشگاه گلستان- دانشکده علوم- گروه زیست شناسی)
نازنین نظری ² (دانشگاه گلستان - دانشکده علوم- گروه زیست شناسی)

تاريخ الإرسال : 25 الأحد , رمضان, 1444 تاريخ التأكيد : 11 السبت , محرم, 1445 تاريخ الإصدار : 14 الأربعاء , ذو القعدة, 1445

الکلمات المفتاحية: نیتریک¬اکساید, دیابت, محدودیت¬کالری, سیرتوئین ,

ملخص المقالة :

زمینه و هدف : سیرتوئین­ها، پروتئین­های رده 3 یک خانواده از آنزیم­های هیستون داستیلاز هستند که هیدرولیز انتهای استیله هیستون را کاتالیز کرده، موجب تغییر شکل کروماتین، ایجاد هتروکروماتین و در نتیجه مهار رونویسی شده و در پیری و سرطان نقش دارد. سیرتوئین فرایندهای مهم سلولی نظیر آپوپتوز، پیری سلول و متابولیسم را تنظیم می­کند. بنابراین سیرتوئین می­تواند یک هدف درمانی جدید برای دیابت باشد. همچنین سیرتوئین بعنوان پروتئین تنظیم­کننده طول عمر شناخته شده است. در مطالعه حاضر اثر نیتریک اکساید بر فعالیت سیرتوئین در رت­های دیابتی و تحت محدودیت کالری مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش ها : حیوانات مورد استفاده در پژوهش حاضر موش­های صحرایی نر نژاد ویستار با وزن 250 گرم بودند که به 5 گروه کنترل (C)، تحت محدودیت کالری (CR)، دیابتی شده (D)، ال-آرژنین و گروه L-Name تقسیم شدند و هر گروه شامل ده حیوان بوده است. برای دیابتی کردن به هر حیوان، استرپتوزوسین با دوز mg/kg 50 به روش درون­صفاقی تزریق گردید. گروه دریافت کننده L-Name (مهارکننده NO)، با دوز mg/kg 10 آنرا بصورت تزریق درون حفره شکمی دریافت کردند. گروه ال-آرژنین (پیش­ساز نیتریک­اکساید) نیز، دوز mg/kg 50 از آنرا بصورت تزریق درون حفره صفاقی دریافت کردند. گروه محدودیت کالری به مدت 4 هفته تحت رژيم كم كالري قرار گرفتند. پس از طي دوره­ي 4 هفته­ای، حيوانات تحت بیهوشی قرارگرفته و خون­گیری بطور مستقیم از قلب آنها بعمل آمد. میزان سیرتوئین بوسیله کیت مربوطه و با دستگاه الایزاریدر سنجیده شد. نتایج حاصل با استفاده از نرم­افزار spss تجزیه و تحلیل شد.

نتایج : میزان سیرتوئین سرم در گروه ال-آرژنین (P<0.05) و CR (P<0.01) بطور معنی­داری افزایش یافت در حالیکه در گروه دیابت کاهش معنی­دار نشان داد (P<0.001). همچنین میزان کاهش سیرتوئین در گروه L-Name معنادار نبود.

نتیجه گیری : نتایج نشان داد که ال- آرژنین بعنوان پیش­ساز نیتریک­اکساید باعث افزایش میزان سیرتوئین در رت­های دیابتی و تحت محدودیت کالری می­گردد.

المصادر:

1. Mondillo C, Pagotto RM, Piotrkowski B, Reche CG, Patrignani ZJ, Cymeryng CB, Pignataro OP. Involvement of nitric oxide synthase in the mechanism of histamine-induced inhibition of Leydig cell steroidogenesis via histamine receptor subtypes in Sprague-Dawley rats. Biology of reproduction. 2009 Jan 1;80(1):144-52.
2. Bian K, Doursout MF, Murad F. Vascular system: role of nitric oxide in cardiovascular diseases. The journal of clinical hypertension. 2008 Apr;10(4):304-10.
3. Godo S, Shimokawa H. Divergent roles of endothelial nitric oxide synthases system in maintaining cardiovascular homeostasis. Free Radical Biology and Medicine. 2017 Aug 1;109:4-10.
4. Welch KM, editor. Primer on cerebrovascular diseases. Academic press; 1997 Apr 24.
5. Cortese-Krott MM, Kelm M. Endothelial nitric oxide synthase in red blood cells: key to a new erythrocrine function?. Redox biology. 2014 Jan 1;2:251-8.
6. McCay CM, Crowell MF, Maynard LA. The effect of retarded growth upon the length of life span and upon the ultimate body size: one figure. The journal of Nutrition. 1935 Jul 1;10(1):63-79.
7. Speakman JR, Mitchell SE. Caloric restriction. Molecular aspects of medicine. 2011 Jun 1;32(3):159-221.
8. Bédard K, Robinette K, Ferland G, Gaudreau P. Effects of long-term dietary interventions on pituitary growth hormone-releasing hormone receptor in aging rats and potential mechanisms of action. Mechanisms of ageing and development. 2010 Mar 1;131(3):169-78.
9. Aguilera O, Fernández AF, Muñoz A, Fraga MF. Epigenetics and environment: a complex relationship. Journal of applied physiology. 2010 Jul;109(1):243-51.
10. Autiero I, Costantini S, Colonna G. Human sirt-1: molecular modeling and structure-function relationships of an unordered protein. PloS one. 2009 Oct 8;4(10):e7350.
11. McCarter RJ, McGee JR. Transient reduction of metabolic rate by food restriction. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 1989 Aug 1;257(2):E175-9.
12. Koubova J, Guarente L. How does calorie restriction work?. Genes & development. 2003 Feb 1;17(3):313-21.
13. Lakshmi S, Punitham R, Arokiasamy T, Sukumar B, Ramakrishnan S. Effect of oral supplementation of free amino acids in type 2 diabetic patients--a pilot clinical trial. Medical science monitor: international medical journal of experimental and clinical research. 2002 Mar 1;8(3):CR131-7.
14. Mohamadin AM, Hammad LN, El‐Bab MF, Gawad HS. Can nitric oxide‐generating compounds improve the oxidative stress response in experimentally diabetic rats?. Clinical and experimental pharmacology and physiology. 2007 Jul;34(7):586-93.
15. Nisoli E, Tonello C, Cardile A, Cozzi V, Bracale R, Tedesco L, Falcone S, Valerio A, Cantoni O, Clementi E, Moncada S. Calorie restriction promotes mitochondrial biogenesis by inducing the expression of eNOS. Science. 2005 Oct 14;310(5746):314-7.
16. Masoro EJ. Role of sirtuin proteins in life extension by caloric restriction. Mechanisms of ageing and development. 2004 Sep 1;125(9):591-4.
17. Turkmen K, Karagoz A, Kucuk A. Sirtuins as novel players in the pathogenesis of diabetes mellitus. World journal of diabetes. 2014 Dec 12;5(6):894.
18. Wenzel U. Nutrition, sirtuins and aging. Genes & nutrition. 2006 Jun;1:85-93.
19. Fazelian S, Olia AS, Mirfatahi M, Hoseini M, Yganeh HS, Heshmati J, Namazi N. Effect of L-Arginine supplementation on antioxidant enzyme activity, total antioxidant capacity and body composition in patients with pre-diabetes. Arak Medical University Journal. 2013 Jan 1;16(78):25-35.
20. Merksamer PI, Liu Y, He W, Hirschey MD, Chen D, Verdin E. The sirtuins, oxidative stress and aging: an emerging link. Aging (Albany NY). 2013 Mar;5(3):144.
21. H Ruggiero C, Metter EJ, Cherubini A, Maggio M, Sen R, Najjar SS, Windham GB, Ble A, Senin U, Ferrucci L. White blood cell count and mortality in the Baltimore Longitudinal Study of Aging. Journal of the American College of Cardiology. 2007 May 8;49(18):1841-50.
22. Guarente L. Sirtuins, aging, and medicine. New England Journal of Medicine. 2011 Jun 9;364(23):2235-44.
23. Kitada M, Koya D. SIRT1 in type 2 diabetes: mechanisms and therapeutic potential. Diabetes & metabolism journal. 2013 Oct 1;37(5):315-25.
24. Brownlee M. Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature. 2001 Dec 13;414(6865):813-20.
25. Imai SI, Armstrong CM, Kaeberlein M, Guarente L. Transcriptional silencing and longevity protein Sir2 is an NAD-dependent histone deacetylase. Nature. 2000 Feb 17;403(6771):795-800.

نص كامل:



 

 

 

بررسی میزان و فعالیت سیرتوئین در رتهای دیابتی شده وتحت محدودیت کالری و اثر نیتریک اکساید بر آن

صفر محسنی بندپی1، نازنین نظری2

 

1-استادیار گروه زیست شناسی، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران. نویسنده مسئول : [e-mail] 

2-دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیولوژی جانوری، گروه زیست شناسی ، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران.

 

تاریخ دریافت:27/01/1402                                                                             تاریخ پذیرش: 07/05/1402

چکیده

زمینه و هدف : سیرتوئین­ها، پروتئین­های رده 3 یک خانواده از آنزیم­های هیستون داستیلاز هستند که هیدرولیز انتهای استیله هیستون را کاتالیز کرده، موجب تغییر شکل کروماتین، ایجاد هتروکروماتین و در نتیجه مهار رونویسی شده و در پیری و سرطان نقش دارد. سیرتوئین فرایندهای مهم سلولی نظیر آپوپتوز، پیری سلول و متابولیسم را تنظیم می­کند. بنابراین سیرتوئین می­تواند یک هدف درمانی جدید برای دیابت باشد. همچنین سیرتوئین بعنوان پروتئین تنظیم­کننده طول عمر شناخته شده است. در مطالعه حاضر اثر نیتریک اکساید بر فعالیت سیرتوئین در رت­های دیابتی و تحت محدودیت کالری مورد بررسی قرار گرفت. 

مواد و روش ها : حیوانات مورد استفاده در پژوهش حاضر موش­های صحرایی نر نژاد ویستار با وزن 250 گرم بودند که به 5 گروه کنترل (C)، تحت محدودیت کالری (CR)، دیابتی شده (D)، ال-آرژنین و گروه L-Name تقسیم شدند و هر گروه شامل ده حیوان بوده است. برای دیابتی کردن به هر حیوان، استرپتوزوسین با دوز mg/kg 50 به روش درون­صفاقی تزریق گردید. گروه دریافت کننده L-Name (مهارکننده NO)، با دوز mg/kg 10 آنرا بصورت تزریق درون حفره شکمی دریافت کردند. گروه ال-آرژنین (پیش­ساز نیتریک­اکساید) نیز، دوز mg/kg 50 از آنرا بصورت تزریق درون حفره صفاقی دریافت کردند. گروه محدودیت کالری به مدت 4 هفته تحت رژيم كم كالري قرار گرفتند. پس از طي دوره­ي 4 هفته­ای، حيوانات تحت بیهوشی قرارگرفته و خون­گیری بطور مستقیم از قلب آنها بعمل آمد. میزان سیرتوئین بوسیله کیت مربوطه و با دستگاه الایزاریدر سنجیده شد. نتایج حاصل با استفاده از نرم­افزار spss تجزیه و تحلیل شد. 

نتایج : میزان سیرتوئین سرم در گروه ال-آرژنین (P<0.05) و CR (P<0.01) بطور معنی­داری افزایش یافت در حالیکه در گروه دیابت کاهش معنی­دار نشان داد (P<0.001). همچنین میزان کاهش سیرتوئین در گروه L-Name معنادار نبود.

نتیجه گیری : نتایج نشان داد که ال- آرژنین بعنوان پیش­ساز نیتریک­اکساید باعث افزایش میزان سیرتوئین در رت­های دیابتی و تحت محدودیت کالری می­گردد.

کلمات کلیدی: نیتریک­اکساید، دیابت، محدودیت­کالری، سیرتوئین 

 

مقدمه

نیتریک­اکساید (Nitric Oxide( NO) ) یک مولکول دو اتمی ساده با اثرات بیولوژیکی بسیار وسیع می­باشد. در بدن انسان و سایر پستانداران سلول­های زیادی توانایی سنتز NO را دارند. این عمل به وسیله آنزیم­های نیتریک­اکساید سنتتاز(Nitric Oxide Synthase (NOS) ) از تبدیل ال-آرژنین در حضور اکسیژن و ترکیبی به نام(Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate( NADPH ))صورت می­گیرد (۱).

نیتریک­اکساید به عنوان یک پیامبر داخل­سلولی و بین­سلولی دارای نقش حیاتی در بسیاری از اعمال فیزیولوژیک بدن از جمله رشد سلولی، آپوپتوز، تنظیم تونیسیته عروق، مکانیسم دفاعی بدن، قدرت انقباضی و تعداد ضربان قلب، تونوس برونش­ها و یادگیری و حافظه می­باشد. NO  مولکول رادیکال آزادی است که از آندوتلیوم عروق در پاسخ به تحریک فیزیولوژیکی و مکانیکی رها می­شود.NO  پس از تولید و انتشار بر ماهیچه­های صاف جدار رگ­ها تاثیر می­گذارد و موجب شل شدن آنها می­شود، در سلول­های ماهیچه صاف جدار رگ­ها، در حضور اکسیژن به نیترات و نیتریت تبدیل شده و به جریان خون می­ریزد و به عنوان یک ماده واسطه­ای مهم در انواع اعمال فیزیولوژیک مانند تنظیم فشار خون و گشاد­کننده رگ­ها مورد توجه فراوان قرار گرفته (۲).

NO نقشی محوری در هموستازی عروقی ایفا می­کند و این عمل را از طریق مهار تکثیر غیرطبیعی سلول­های عضلات صاف عروق، به دنبال بعضی شرایط بیماری نظیر آترواسکلروزیس انجام می­دهد. این ماده در تنظیم اعمال گوناگونی نظیر: کنترل هموستازی، تجزیه فیبرین، واکنش گلبول های سفید و پلاکت­ها با دیواره سرخرگ­ها، عرضه آنتی­ژن، تنظیم رشد و تون عروقی و فشار خون دخالت دارد. از نظر تکنیکی بعضی از عوامل خطر بیماری کرونر قلب نظیر افزایش کلسترول خون، استفاده سیگار، دیابت، افزایش هموسیستئین، که با اختلال عملکرد آندوتلیوم در ارتباط است با کاهش دسترسی زیستی NO همراه است. بطوریکه مشخص شده اختلال در مسیرهای وابسته به NOS یکی از اولین حوادثی است که در آترواسکلروزیس رخ می­دهد و عواملی که باعث افزایش NO  می­شوند در درمان بیماری­های مربوط به آترواسکلروزیس بسیار مناسب هستند(۳).

مکانیسم­های فیزیولوژیکی که گردش خون مغزی را تنظیم می­کند به شکلی آرایش یافتند که علی­رغم شرایط داخلی و خارجی متغییر باعث ثبات (Cerebral blood flow ( CBF))و متابولیسم مغزی (CMRO2) Cerebral metabolic rate of O2 )، می­شود. این عمل ممکن است حتی به هزینه جریان خون ناکافی به اندام­های دیگر نیز تمام شود(۴).

به طور عمده NOS به عنوان یک سیستم تولیدکننده NO با چرخه گوانیلات­سیکلاز محلول (sGC) و گوانوزین­مونوفسفات (cGMP) باعث شل شدن عضلات در عروق بزرگ می­گردد و سیستم تولید سوپراکسید از طریق نسبت H2O2/EDH  در عروق کوچک می‌گردد(۳).

عقیده بر این است که گلبول­های قرمز، NO مشتق از آندوتلیوم را از طریق واکنش سریع با اکسی هموگلوبین جذب و غیرفعال می­کند تا مت هموگلوبین و نیترات شکل داده و به این ترتیب دسترسی به NO را جهت اتساع عروق کاهش ­دهد(۵)

با توجه به افزایش امید به زندگی و پیر شدن جوامع، تمایل محققین به بررسی فرایند پیری و بیماری­های وابسته به آن در نیم قرن گذشته و به ویژه دو دهه اخیر افزایش یافته است. این مطالعات عمدتاً بر روی اورگانیسم­ها از جمله مخمرها، کرم­ها، پرندگان و موش­ها انجام شده است و اطلاعات با ارزشی در رابطه با عوامل موثر بر طول عمر به ما داده است. بطوریکه مشخص شده پروسه پیری می­تواند به وسیله فاکتور­های مداخله کننده‌ی زیادی از جمله عوامل محیطی، ژنتیکی و دارویی تحت تاثیر قرار گیرد. یکی از عوامل محیطی که بطور خاص مورد توجه قرار گرفته رژیم غذایی می­باشد. کنترل رژیم غذایی به عنوان یک فاکتور محیطی اصلی اثر عمیقی روی جنبه­های متعددی از سلامتی ونیز پیری دارد. محدودیت کالریCR) ( موثرترین دستکاری محیطی است که می­تواند در گونه­های متفاوت باعث افزایش طول عمر شود. در واقع اثر CR روی پیری اولین بار توسط McCay و همکارانش در مدل تجربی حیوانی نشان داده شد. McCay و همکارانش پی بردند که موش­هایی که یک رژیم غذایی با کالری محدود مصرف می­کنند نسبت به گروه کنترل که رژیم معمول را دریافت می­کنند طول عمر طولانی­تری دارند. محدودیت کالری یعنی کاهش مصرف 20-40% از کالری معمول روزانه در حالیکه دریافت سایر مواد مغذی کافی باشد. نشان داده شده که CR علاوه بر افزایش طول عمر در موش­ها باعث به تعویق افتادن طیف وسیعی از بیماری­های مرتبط با سن مانند سرطان، دیابت، آترواسکلروزیس، بیماری­های قلبی عروقی، بیماری­های تحلیل برنده­ی عصبی و بیماری­های اتوایمیون در پستانداران بالاتر مانند گونه­های غیرانسانی و انسان­ها می­شود. از آنجا که همراه با افزایش سن بروز بیماری‌های مرتبط با آن که سهم اصلی در مرگ و میر را دارد نیز افزایش پیدا می­کند ، بنابراین ممکن است CR با اثر مطلوب روی تمامی جنبه­های سلامت انسان و مشکلات مربوط به فرایند پیری اثر بگذارد (۶).

افرادی که در زمینه‌ی اثر محدودیت کالری بر مرگ ومیر و طول عمر در جوندگان کوچک کار کرده­اند پیشنهاد دادند که، میزانی از CR وجود دارد که به­وسیله آن، هم میانگین طول عمر و هم حداکثر طول عمر افزایش پیدا می­کند. شروع کار CR در مراحل بالاتر زندگی اثرات قابل توجهی بر طول عمر دارد اما این افزایش طول عمر نسبت به اثر CR در زمانیکه از نوزادی شروع شده باشد کمتر است. و اگر CR خیلی دیر شروع شود، این اثر حتی می‌تواند منفی شود. با افزایش محدودیت کالری طول عمر به طور نامحدود ادامه نمی­یابد. حداکثر تاثیر با محدودیت­های 60-55 درصد ایجاد می­شود (حیوان 45-40 درصد کالری پایه را دریافت می­کند) اگر بیشتر از این نسبت محدود شوند یک اثر منفی بر طول عمر ایجاد می­نماید. اینکه چرا یک گذر ناگهانی از مثبت به منفی در اثر کاهش جذب کالری بر طول عمر وجود دارد هنوز مشخص نشده است(۷).

بسیاری از مطالعات گزارش دادند که CR سطوح گردش IGF-1، انسولین (و گلوکز) را کاهش می­دهد. کاهش IGF-1 و انسولین در مدت 5 روز از شروع محدودیت کالری به سرعت القا شده وسپس با گذشت زمان بیشتر می­شود. در رت­های با محدودیت 40% ، کاهش mRNA­­  هورمون IGF-1 در کبد با کاهش وزن بدن مرتبط بود. در رت­های گروه کنترل با میانگین سنی 6-12 ماه، IGF-1 پلاسما تا حدود 20% کاهش یافت. این کاهش وابسته به سن در رت­هایی با محدودیت 40% حدود 14%-25% پایین­تر نیز مشاهده شد. پروتئین­های متصل به IGF-1 نیز با افزایش سن به صورت متناسب با ان کاهش می­یابد و این کاهش به وسیله CR؛ بیشتر می‌شود. در رت­های نر 12-20 ماه CR در سطح40%  اثرات وابسته به سن در رسپتورهای عامل آزادکننده هورمون رشد هیپوفیزی و حساسیت آن را معکوس می­کند. کاهش سیگنالینگ انسولین و IGF-1 که بوسیله­ی CR ایجاد می­شود احتمالاً با افزایش طول عمر توسط CR مرتبط می­باشد(۸).

سیرتوئین­ها، پروتئین­های رده 3 یک خانواده از آنزیم­های هیستون داستیلاز (HDACs) هستند که هیدرولیز انتهای استیله هیستون را کاتالیز کرده و موجب تغییر شکل کروماتین، ایجاد هتروکروماتین و در نتیجه مهار رونویسی شده و در پیری و سرطان نقش دارند. ژن­های خانواده سیرتوئین­ها به میزان بالایی در طی تکامل حفاظت شده و از ارگانیسم­های تک­سلولی تا انسان­ها وجود دارند. در پستانداران، 7 نوع پروتئین سیرتوئین(SIRT1-7)، در رده 3 هیستون داستیلاز­ها وجود دارد که همولوگ sir2 موجود در مخمر بوده و در هسته، سیتوپلاسم و یا میتوکندری توزیع شده­اند. ژن((sir2) Silent information regulator type 2 ) ، اولین بار در مخمر شناسایی شد و نام آن، به عملکردش بعنوان یک خاموش­کننده اپی­ژنتیکی کروماتین اشاره دارد. در مخمر، حذف sir2 طول عمر را کوتاه می­کند. بجز سیرتوئین­ها تمام اعضای دیگر کلاس­های هیستون داستیلازها به عنصر روی به عنوان کوفاکتور نیاز دارند. حال آنکه SIRT1-7، به NAD وابسته می­باشند. اگرچه در ابتدا سیرتوئین­ها بعنوان هیستون داستیلاز شناخته شدند اما با گذشت زمان سوبستراهای غیرهیستونی بیشتر و بیشتری برای آن­ها شناسایی شده­اند. در واکنش داستیلاسیون کاتالیز شده توسط این آنزیم­ها، یک گروه استیل از لیزین استیل برداشته شده و به قسمت ریبوز NAD منتقل می­شود. بنابراین یک سوبسترای داستیله و O استیل –ADP- ریبوز (OAADPR)، تولید می­گردد. سومین محصول واکنش یعنی نیکوتین­آمید، بواسطه فیدبک منفی بعنوان مهار­کننده فیزیولوژیکی سیرتوئین­ها عمل می­کند. همچنین خود OAADPR هم ممکن است بعنوان پیامبر ثانویه در سیگنالینگ سلولی نقش داشته باشد. علاوه بر این، سیرتوئین­ها دارای فعالیت ADP- ریبوزیل ترانسفرازی نیز می­باشند. گفته می­شود که فعالیت این آنزیم، موجب مهار فعال­کننده­های رونویسی یا مهار مهار­کننده­های رونویسی شده و از این طریق در حوادث سلولی مختلف مانند تنظیم بیان ژن، تنظیم انسولین، پایداری ژنومی میتوز، پاسخ­های استرس، ترمیم DNA، آپوپتوز، چرخه­ی سلولی و کنترل طول عمر نقش دارند. سیرتوئین 1و6و7 درون هسته سلول، و بقیه در سیتوپلاسم و میتوکندری فعالیت می­کند. سیرتوئین­ها بطور گسترده به عنوان اهداف دارویی مهم مورد بررسی قرار گرفتند. برخی از مولکول­های کوچک که می­توانند فعالیت سیرتوئین را تعدیل کنند، پتانسیل درمان بسیاری از بیماری­ها مانند چاقی، دیابت، التهاب، سرطان، بیماری­های قلبی-عروقی و دیگر بیماری­های مرتبط با پیری را دارد(۹).

سیرتوئین­ها شامل یک هسته کاتالیتیکی با حدود 275 آمینواسید می­باشد که یک بسته کاتالیتیکی را شکل می­دهند و با گروه آسیل بخش لیزین هم­خوانی دارد. یک شکاف فعال بین ناحیه چین بزرگ Rossman و ناحیه کوچک جفت شونده به Zn می­تواند به آسانی به پپتید سوبسترا و کمک سوبسترا ( co-substrate) به NAD متصل شده و یک شکاف باریکی را ایجاد می­کند. بررسی ترادف در ساختار کریستالی سیرتوئین 2و3و5 و 6 نشان داد که بسته کاتالیتیک آنها با چندین بخش هیدروفوبیک محصور شده و به این ترتیب با گروه آسیل هم­خوانی دارد(۱۰).

مواد و روش ها:

حیوانات آزمایشگاهی

حیوانات مورد استفاده در این پژوهش، موش­های صحرایی نر بالغ نژاد Wistar  با وزن 250 گرم بودند که از پژوهشکده پاستور شهرستان آمل تهیه شدند. موش­ها با رعایت توصیه­های پژوهشی در شرایط مناسب و کنترل شده حیوان­خانه دانشگاه از جمله دوره­های 12 ساعت روشنایی و 12 ساعت تاریکی، تهویه­ی مناسب و درجه حرارت 22-18 درجه سانتیگراد و اقدامات بهداشتی لازم نگهداری شدند. دسترسی حیوان به آب و غذا در مدت پرورش به صورت آزاد بود. دو روز در آزمایشگاه نگهداری شدند تا با محیط جدید سازگاری حاصل کنند. پس از سازگاری به 5 گروه کنترل

(C)، گروه تحت محدودیت کالری (CR)، گروه دیابتی شده (D)، گروه ال-آرژنین و گروه دریافت­کننده L-Name تقسیم شدند.

نحوه ایجاد محدودیت کالری(CR)

نحوه ایجاد CR بدین شرح بود که رت­های این گروه بصورت یک روز در میان به غذا دسترسی داشتند. به این ترتیب که به مدت 24 ساعت آزادانه به آب و غذا دسترسی داشته و سپس در طی 24 ساعت بعد دسترسی به غذا متوقف می­گشت ولی آب کماکان در اختیار آنها قرار می­گرفت. این عمل به مدت 4 هفته ادامه می­یافت. در همین هنگام و طی این مدت رت­های گروه کنترل (C) و گروه دیابتی (D)، آزادانه به آب و غذا دسترسی داشتند. شرایط چهار گروه یکسان بود جز در مورد غذا. قفس حیوانات هر روز تمیز می­شد. این عمل در مورد گروه CR اهمیت ویژه­ای داشت زیرا در صورت تمیز نبودن قفس­ها احتمال باقی ماندن غذا از روز قبل در قفس وجود داشت. پس از طی 4 هفته، سپس حیوانات برای انجام آزمایش مورد استفاده قرار می­گیرند.

چگونگی دیابتی کردن رت­ها

در این پژوهش از موش­های صحرایی نر بالغ نژاد ویستار، به تعداد ده عدد در هر گروه، استفاده شد. برای دیابتی کردن هر حیوان، استرپتوزوسین با دوز mg/kg 50 بصورت درون صفاقی تزریق گردید. پس از 48 ساعت هیپرگلیسمی شروع شد که پس از یک هفته با اندازه­گیری قند خون و تایید مقدار آن به میزان بالاتر از mg/dl250 در خون حیوانات، دیابتی تلقی شدند.  از آنجاکه امکان تلف شدن موش در این گروه وجود دارد تعداد حیوان در این گروه بیشتر از بقیه گروه­ها بود.

اندازه­گیری قند خون

روش آنزیمی، کالیمتری (GOD-PAP) برای اندازه­گیری تک نقطه­ای با روش فتومتری مورد استفاده قرار گرفت. در این روش گلوکز موجود در نمونه، تحت تاثیر گلوکز اکسیداز، تولید گلوکونیک اسید و آب اکسیژنه می­کند که در حضور پراکسیداز با 4- آمینوآنتی پیرین تولید کینونمین قرمز رنگ می­نماید. شدت رنگ حاصل که که در طول موج 546-500 نانومتر اندازه گیری می­شود، متناسب با مقدار گلوکز است.

در این روش نمونه­های سرم باید بدون همولیز باشند. محدوده­ی اندازه گیری در این روش 400-5 در دسی لیتر است و در موردی که مقدار گلوکز بیش از 400 میلی گرم باشد، باید نمونه به 1 به 4 با سرم فیزیولوژی رقیق شود و جواب آزمایش در عدد 5 ضرب شود.

اندازه­گیری تری­گلیسرید خون

روش آنزیمی، کالیمتری (GPO) برای اندازه گیری تک نقطه­ای با روش فتومتری.

اساس روش: در این آزمایش ابتدا تری­گلیسرید­های سرم تحت تاثیر آنزیم لیپوپروتئین لیپاز به گلیسرول و اسیدهای چرب تجزیه می­شود و سپس طی مراحل زیر اکسیژن آزاد شده از گلیسرول با 4- آمینوآنتی­پیرین و فنل در مجاورت آنزیم پراکسیداز تشکیل کینونمین می­دهد. میزان کینونیمن تشکیل شده که به صورت فتومتری در طول موج 546-500 نانومتر قابل اندازه گیری می­باشد با مقدار تری­گلیسرید رابطه­ی مستقیم دارد.

در این روش محدوده­ی اندازه­گیری تری­گلیسرید 700-5 میلی گرم در دسی­لیتر است و در مواردی که مقدار تری­گلیسرید بیش از 700 باشد، نمونه باید با سرم فیزیولوژی به نسبت 1 به 4 رقیق شود و جواب آزمایش در عدد 5 ضرب شود.

خلاصه روش اندازه­گیری سیرتوئین1

در این روش براساس دستورالعمل نوشته شده در کیت ابتدا مواد، نمونه­ها، و استاندارد طبق دستور آماده شدند. سپس استاندارد و نمونه­ها به چاهک­های اختصاصی ریخته شد. و سپس به ترتیب :

-       به نمونه­ها و استاندارد آنتی­بادی اضافه شد

-       در دمای اتاق انکوبه شدند

-       بعد از آن تمامی چاهک­ها شسته شدند

-       سوبسترای TMB اضافه شد

-       مجدداً انکوبه گردید

-       افزودن Stop solution

-       پس از آن تغییر رنگ حاصل از افزودن سوبسترای TMB ثبت می­شود.

روش سنجش سیرتوئین

-50µL  از نمونه­ها یا استاندارد به چاهک ریخته شد

-  50µL  از آنتی بادی کوکتل به هر چاهک اضافه شد که به مدت یک ساعت در دمای اتاق انکوبه شد

- هر چاهک با 350µL محلول 1X Wash Buffer PT طی سه مرحله شسته شد. عمل شستن با سرریز کردن محلول چاهک انجام شد.

- 100µL از سوبسترای TMB به هر چاهک اضافه شده به مدت 10 دقیقه در تاریکی انکوبه شد

- 100µL از Stop Solution به هر چاهک اضافه شده به مدت یک دقیقه تکان داده شده و جذب محلول در 450nm خوانده شد.

نتایج:

پس از طی دوره 4 هفته­ای، حیوانات تحت بیهوشی قرار گرفته، خون‌گیری بطور مستقیم از قلب آنها بعمل آمد و سرم خون جدا شده تا هنگام سنجش در فریزر نگهداری شد.

میزان سیرتوئین

پس از اتمام آزمایش میزان سیرتوئین در نمونه خون تمام موش­ها اندازه­گیری شد، و نمودار ستونی مقدار سیرتوئین برحسب Pg/dl برای گروه­ها ترسیم شد.

با توجه به نمودار میزان سیرتوئین در گروه محدودیت کاری (CR) نسبت به گروه کنترل (C) بطور معناداری افزایش یافته و تفاوت آماری معنی­دار دارد (p<0.01). همچنین تفاوت میزان سیرتوئین در گروه ال-آرژنین (L-Ar) نسبت به گروه کنترل معنادار بود (p<0.05). همچنین میزان کاهش سیرتوئین در گروه دیابت (D) نسبت به گروه کنترل معنادار بود (p<0.001)( شکل-1).

میزان گلوکز

پس از اتمام دوره آزمایش میزان گلوکز در نمونه خون تمام موش­ها اندازه­گیری شد، و نمودار ستونی مقدار گلوکز برحسب mg/dl برای گروه­ها ترسیم شد. با توجه به نمودار میزان گلوکز سرم در گروه دیابتی نسبت به گروه کنترل افزایش معنی­دار دارد (p<0.001). و در گروه CR  کاهش گلوکز نسبت به گروه کنترل معنادار نمی­باشد. همچنین میزان کاهش گلوکز در گروه ال-آرژنین نسبت به گروه کنترل معنادار نبود( شکل -2).

میزان تری گلیسرید

پس از اتمام دوره آزمایش میزان تری­گلیسرید در نمونه خون تمام موش­ها اندازه­گیری شد، و میانگین اعداد گروه-های مختلف به صورت نمودار زیر رسم شد.

با توجه به نمودار میزان تری­گلیسرید در گروه دیابت نسبت به گروه کنترل بطور معناداری افزایش یافته و تفاوت آماری معنادار دارد (P<0.05). میزان کاهش تری­گلیسرید در گروه CR نسبت به کنترل نیز معنی­دار است (P<0.05)(شکل-3).

 

 

شکل 1. مقایسه میانگین میزان سیرتوئین در بین گروه ها.

نتایج بصورت SEMMean بیان گردیده است.

میزان میانگین سیرتوئین در گروه CR بطور معنی­داری از گروه L-Name  بیشتر بود (p<0.01)

میزان میانگین سیرتوئین در گروه ال- آرژنین بطور معنی­داری از گروه دیابت بیشتر بود (p<0.01).

میزان میانگین سیرتوئین در گروه L-Name  بطور معنی­داری از گروه دیابت بیشتر بود (p<0.01)

 

 

 

 

شکل 2. مقایسه میانگین میزان گلوکز سرم در بین گروه ها.

نتایج به صورت S.E.M.Mean بیان گردیده است. 

 

 

شکل3. میانگین میزان تری گلیسرید سرم در بین گروه ها.

نتایج به صورت S.E.M.Mean بیان گردیده است.

 

بحث

میزان گلوکز خون در گروه CR نسبت به گروه کنترل کاهش معنی­داری داشت، به­طور کلی گرسنگی باعث افزایش حساسیت انسولین، کاهش غلظت انسولین و در بعضی موارد کاهش غلظت گلوکز خون می­گردد. CR در پستانداران دو مرحله دارد. یک دوره سازگاری، که بلافاصله بعد از رژیم اعمال می­شود، و یک دوره حالت پایدار، که این مرحله  می­تواند طول عمر جانور را زیاد کند. در طول مرحله سازگاری، میزان متابولیسم با کاهش مصرف اکسیژن اندازه­گیری شد. متابولیسم گلوکز ترشح انسولین از سلول­های بتا پانکراس را تنظیم می­کند. گزارش شده که سلول­های بتا پانکراس که انسولین را می­سازند، گلوکز را با تولید ATP حس نمی­کنند، بلکه توسط تبدیل NAD به NADH حس می­کنند(۱۱).

بنابراین در طول دوره سازگاری گلوکز خون به شدت پایین میاید ولی در طول وضعیت پایدار پایین­تر از سطح نرمال می­باشد. سلول­های بتا سطوح پایین گلوکز را حس کرده و انسولین کمتری تولید می­کند. سطح انسولین خون پایین­تر از جانوران گروه کنترل می­باشد و حساسیت به انسولین، یعنی اثر انسولین در جذب گلوکز توسط سلول­ بالاتر است(۱۲).

نتایج حاضر نشان داد تزریق ال-آرژنین باعث کاهش معنی­داری در سطوح قند­خون و تری­گلیسرید نسبت به گروه کنترل شد. در مطالعه­ای که روی افراد سالم انجام شده است مکمل ال-آرژنین به مدت 3 تا 7 روز باعث بهبود متابولیسم گلوکز شد. به نظر می­رسد این افزایش بیشتر به دنبال دوزهای حاد ال-آرژنین و با اثر مستقیم نیتریک­اکساید رخ دهد. Natarajan و همکاران در مطالعه­ای نشان دادند مکمل یاری با اسیدهای آمینه باعث بهبود وضعیت گلیسمیک در بیماران دیابتی می­شود (۱۳). در یک بررسی Mohammadin و همکاران نشان دادند پیش­سازهای نیتریک اکساید می­توانند از طریق فعالیت آنتی­اکسیدانی، سطح قند­خون و هموگلوبین گلیکوزیله را در موش­های مبتلا به دیابت بهبود بخشند(۱۴).

نتایج مطالعه نشان داد ال-آرژنین به­عنوان پیش­ساز نیتریک­اکساید باعث افزایش معنی­دار سیرتوئین نسبت به گروه کنترل شد. Nisoli و همکاران نشان دادند که در موش­هایی با 3 تا 12 ماه CR، بیان eNOS و تولید cGMP افزایش می­یابد. همچنین طی این مدت محدودیت کالری افزایش بیان eNOS با بیوژنزمیتوکندری (تولید میتوکندری جدید)، افزایش مصرف اکسیژن و تولید ATP و حتی افزایش بیان SIRT1 همراه شده است. در حیوانات فاقد eNOS، CR قادر نبود بیوژنز میتوکندری، افزایش متابولیسم اکسیداتیو، تولید ATP و بیان SIRT1 را افزایش دهد به این ترتیب تنظیم افزایشی eNOS می­­تواند مسئول اغلب اثرات مفید CR باشد(۱۵). احتمالاً NO مشابه CR با افزایش نسبت NAD/NADH باعث افزایش نسبت سیرتوئین خون شد.

داده­های تحقیق حاضر نشان می­دهد که سطح سیرتوئین در گروه CR افزایش معنی­دار داشته است. مشخص شده که رت­های 12 ماهه با رژیم CR، از زمان از شیر گرفته شدن در مغز، کبد، کلیه و بافت چربی احشایی نسبت به رت­های با رژیم غذایی آزاد مشابه همان سن سطح  SIRT1بالاتر دارند. این محققان نتیجه گرفتند که در پستانداران القاء SIRT1 توسط CR یک پاسخ به بقا می باشد که تضعیف عملکردهای فیزیولوژیکی وابسته به سن را بوسیله بالا بردن بقای طولانی مدت سلول متوقف می­کند(۱۶).

Guarente و همکارانش نشان دادند که CR، و پروتئین­های آندوژن مختلف ممکن است باعث کاهش نیکوتینامید و افزایش نسبت NAD/NADH شده و در نتیجه محرک فعالیت SIRT1 باشد. با توجه به اینکه NAD به­عنوان سوبسترای SIRT1 به­کار می­رود، از این طریق می­تواند باعث تحریک فعالیت SIRT1 سلول شود(۱۷).

به نظر می‌رسد اثر محدودیت کالری بر افزایش طول عمر بواسطه­ی تنظیم سرعت پایه متابولیسم از طریق پروتئین‌های سیرتوئین وابسته به NAD، صورت می­گیرد(۱۸). فعالیت آنزیمی غیرمعمول SIRT1 که به مقدار زیادی وابسته به نسبت NAD/NADH می­باشد، نشان می­دهد که این پروتئین به شدت با وضعیت متابولیک سلول­ها ارتباط دارد. CR منجربه شکل مطلوب متابولیک و بهبود عملکرد میتوکندریایی در انسان، بوسیله فعال سازی چندین ژن از جمله SIRT1 می­شود. از این رو CR همراه با افزایش فعالیت بدنی به خصوص در افراد دیابتی چاق توصیه می­شود. مکانیسم­های بالقوه­ای که SIRT1 با تغییرات متابولیکی القاء شده توسط CR تعویق پیری را وساطت می­کند شامل دو جنبه می­باشد:

-فعال شدن SIRT1 باعث تنظیم منفی فاکتورهای پروآپوپتیک مانند P53 و Foxo می­شود.

- SIRT1 باعث یک سری از پاسخ­های اندوکرین می­شود که شامل مهار سنتز چربی و ترشح انسولین در سلول­های بتا جزایر پانکراس به وسیله تنظیم ژن­های کلیدی مرتبط با متابولیسم مانند PGC-1 α می­باشد.

SIRT1 همچنین می­تواند باعث تنظیم بیان ژن­هایی شود که در مسیر­های متابولیک نقش دارند. PGC-1 α بهترین نمونه از این پروتئین­ها در مطالعات CR است. PGC-1 α یک تنظیم کننده کلیدی گلوکونئوژنز و اکسیداسیون اسید چرب است که به وسیله SIRT1 به واسطه داستیلاسیون فعال می­شود. 

 

مطالعات متعددی نشان داده­اند که ال-آرژنین عامل محافظت­کننده­ای در برابر آسیب گونه­­های اکسیژن فعال (ROS ) است. این امر ممکن است به علت تداخل شیمیایی ال-آرژنین با آنیون سوپر اکسید (O2) باشد. ال-آرژنین موجب کنترل استرس اکسیداتیو در کبد، کاهش سطوح گلوکز و کلسترول سرم در دیابت می­شود که به احتمال زیاد به طور مستقیم یا غیر­مستقیم (در ارتباط با ظرفیت آنتی اکسیدانی وابسته به NO) عمل می­کند، به گونه­ای که با افزایش غلظت گلوتاتیون (GSH)، سوپر اکسید دیسموتاز (SOD) و افزایش فعالیت کاتالاز موجب بهبود وضعیت آنتی اکسیدانی در افراد دیابتی می­گردد(۱۹).

SIRT1با داستیلاسیون مستقیم چندین فاکتور رونویسی که ژن­های آنتی­اکسیدان را تنظیم می­کند در پاسخ به استرس اکسیداتیو نقش دارد. قابل توجه است که، SIRT1  چندین عضو خانواده FOXO را فعال می‌کند، که از فاکتور­های رونویسی می­باشد که بیان ژن­های پاسخ به استرس از جمله SOD2 را بالا می­برد. همچنین SIRT1 بیوژنز میتوکندریایی را توسط فعال­سازی PGC-1α  بالا می­برد نیتریک اکساید سنتتاز القایی (iNOS) و تولید نیتروزاکساید را سرکوب می­کند و بنابراین ممکن است ROS سلولی را کاهش دهد. شواهد نشان می­دهد که P53 نقش مهمی در تعدیل SIRT1 در طول CR ایفا می­کند.CR و استرس اکسیداتیو ممکن است نیکوتینامید را کاهش دهد و نسبت NAD/NADH را افزایش دهد که میتواند باعث فعال­سازی سیرتوئین­ها شود(۲۰).

داده­های تحقیق حاضر نشان داد میزان سیرتوئین در گروه دیابت کاهش معنی­دار داشت،  SIRT1نقش مهمی در کنترل هموستاز گلوکز بازی می­کند. در واقع، تحت شرایط دیابتی فعالیت و میزان بیان پروتئین سیرتوئین 1 در بافت­های مختلف کاهش می­یابد(۲۱). 

Guarente و همکارانش نشان دادند که سیرتوئین-1 در سلول­های بتا پانکراس به طور مثبت ترشح انسولین را تنظیم می­کند و سلول­هارا از استرس اکسیداتیو و التهاب محافظت می­نماید و در سیگنالینگ انسولین در سلول­های چربی و عضله نقش مثبتی دارد و همچنین در کارکرد و سنتز زیستی میتوکندری و بهبود متابولیسم هوازی درگیر است. بنابراین پیشنهاد شده است فعال نمودن سیرتوئین-1 با بهبود هموستاز گلوکز و کاهش مقاومت به انسولین مرتبط می­باشد(۲۲).

کاهش فعالیت SIRT1 منجربه افزایش عارضه­های چاقی مانند مقاومت به انسولین و دیابت می­باشد(۲۳).

هیپرگلیسمی از طریق مکانیسم­هایی نظیر افزایش گلیکوزیلاسیون پروتئین­ها، اتواکسیداسیون گلوکز، فعال‌سازی مسیر پولیول و غیر مزدوج کردن نیتریک­اکساید آندوتلیالی، منجربه استرس اکسیداتیو می­شود. استرس اکسیداتیو نیز به نوبه خود نقش مهمی را در مقاومت به انسولین، افزایش متابولیت­های اکسید نیتریت (NOx) و گسترش پرفشاری خون در افراد نشان داده شده که گلوکز می­تواند با تولید واسطه­های اکسیژن فعال (ROS) و کاهش فعالیت NOS و غیرفعال کردن شیمیایی و مستقیم NO، دسترسی به NO  را کاهش دهد. در صورتیکه کاهش گلوکز می­تواند اثر معکوس داشته باشد. دارد (۲۴).

عملکردهای SIRT1 در ارتباط با دیابت نوع 2 به شرح زیر می­باشد:1- می­تواند از طریق مکانیسم­های مختلفی با مسیر سیگنالینگ انسولین ارتباط داشته باشد. SIRT1 بیان پروتئین تیروزین فسفاتاز B1 (PTPB1) که روی سیگنالینگ انسولین اثر منفی دارد را مهار می­کند.۲- با داستیله کردن زیر واحد P65 در NF-KB باعث مهار رونویسی و بیان ژن­های التهابی می­شود.۳-در بافت چربی سبب افزایش ترشح آدیپونکتین می­شود.۴- در عضله­ی اسکلتی سبب افزایش برداشت گلوکز و افزایش بیوژنز میتوکندری می­شود.۵- در کبد سبب تنظیم متابولیسم لیپید و گلوکز، افزایش گلوکونئوژنز و نیز اکسیداسیون اسید های چرب می­شود.

سیرتوئین-1 از طریق مکانیسم­های فوق در تنظیم ترشح انسولین و بهبودی مقاومت به انسولین نقش خود را ایفا کرده و تاثیرات آنتی­دیابتیک از خود نشان می­دهد(۲۳).

داده­های تجربی نشان می­دهد که با بیان بیش از حد SIRT1 انسولین سرم و کلسترول همراه با حجم چربی کاهش می­یابد. و مقاومت به انسولین ناشی از چاقی کم

می‌شود. اخیراً نشان داده شد که SIRT1بافت چربی ممکن است نقش کلیدی در تنظیم هموستاز متابولیک کلی بدن ایفا کرده و کاهش بیان SIRT1 در بافت چربی احشایی ممکن است منجربه اختلالات متابولیکی مرتبط با چاقی احشایی و دیابتی در زنان چاق شود. با توجه به این مطالعات SIRT1 ممکن است یک تنظیم کننده مثبت تا یک مهار کننده انسولین بعد از صرف غذا باشد. بنابراین SIRT1 ممکن است حساسیت به انسولین را در شرایط مقاومت به انسولین توسط کاهش فعالیت PTP1B بهبود بخشد. (۲۵).

نتیجه گیری

سیرتوئین فرایند­های مهم سلولی چون آپوپتوز، پیری سلول و متابولیسم را تنظیم می­کند. بنابراین سیرتوئین می­تواند یک هدف درمانی جدید برای بیماری دیابت باشد. محدودیت کالری نیز می­تواند فرایند­های پیری را کند نماید و آغاز بسیاری از بیماری­های مرتبط با سن را، از جمله دیابت، به تاخیر بیاندازد. بنابراین محدودیت کالری می­تواند نیز می تواند  در درمان و پیشگیری از دیابت مورد نظر باشد. سیرتوئین یک داستیلاز وابسته به NAD است که بیان آن توسط محدودیت کالری افزایش می­یابد و دقیقاً با افزایش طول عمر ناشی از محدودیت کالری در ارتباط است. پیشنهاد شده است که سیرتوئین نیز مانند محدودیت کالری احتمالاً یک هدف ­درمانی جدید برای پیشگیری و درمان دیابت نوع باشد و فعال نمودن آن با بهبود هموستاز گلوکز و کاهش مقاومت به انسولین مرتبط می­باشد. به هر حال علی­رغم اهمیت نقش فیزیولوژیک سیرتوئین در افراد دیابتی، پاسخ این پروتئین به ورزش در این بیماران روشن نیست. داشتن اثرات مختلف ورزش به واسطه شباهت به محدودیت کالری، بر پروتئین­های تنظیمی درگیر در کنترل گلوکز و بیوژنز میتوکندریایی ممکن است به بهبود راهکارهای پیشگیرانه و درمان افراد کم­تحرک کمک نماید.

تعارض منافع 

نویسندگان اعلام می کنند که هیچ تضاد منافع احتمالی در رابطه با تحقیق، تألیف و/یا انتشار این مقاله وجود ندارد.

 

 

 

فهرست منابع

1.       Mondillo C, Pagotto RM, Piotrkowski B, Reche CG, Patrignani ZJ, Cymeryng CB, Pignataro OP. Involvement of nitric oxide synthase in the mechanism of histamine-induced inhibition of Leydig cell steroidogenesis via histamine receptor subtypes in Sprague-Dawley rats. Biology of reproduction. 2009 Jan 1;80(1):144-52.

2.       Bian K, Doursout MF, Murad F. Vascular system: role of nitric oxide in cardiovascular diseases. The journal of clinical hypertension. 2008 Apr;10(4):304-10.

3.       Godo S, Shimokawa H. Divergent roles of endothelial nitric oxide synthases system in maintaining cardiovascular homeostasis. Free Radical Biology and Medicine. 2017 Aug 1;109:4-10. 

4.       Welch KM, editor. Primer on cerebrovascular diseases. Academic press; 1997 Apr 24.

5.       Cortese-Krott MM, Kelm M. Endothelial nitric oxide synthase in red blood cells: key to a new erythrocrine function?. Redox biology. 2014 Jan 1;2:251-8.

6.       McCay CM, Crowell MF, Maynard LA. The effect of retarded growth upon the length of life span and upon the ultimate body size: one figure. The journal of Nutrition. 1935 Jul 1;10(1):63-79.

7.       Speakman JR, Mitchell SE. Caloric restriction. Molecular aspects of medicine. 2011 Jun 1;32(3):159-221.

8.       Bédard K, Robinette K, Ferland G, Gaudreau P. Effects of long-term dietary interventions on pituitary growth hormone-releasing hormone receptor in aging rats and potential mechanisms of action. Mechanisms of ageing and development. 2010 Mar 1;131(3):169-78.

9.       Aguilera O, Fernández AF, Muñoz A, Fraga MF. Epigenetics and environment: a complex relationship. Journal of applied physiology. 2010 Jul;109(1):243-51.

10.       Autiero I, Costantini S, Colonna G. Human sirt-1: molecular modeling and structure-function relationships of an unordered protein. PloS one. 2009 Oct 8;4(10):e7350.

11.       McCarter RJ, McGee JR. Transient reduction of metabolic rate by food restriction. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 1989 Aug 1;257(2):E175-9.

12.       Koubova J, Guarente L. How does calorie restriction work?. Genes & development. 2003 Feb 1;17(3):313-21.

13.       Lakshmi S, Punitham R, Arokiasamy T, Sukumar B, Ramakrishnan S. Effect of oral supplementation of free amino acids in type 2 diabetic patients--a pilot clinical trial. Medical science monitor: international medical journal of experimental and clinical research. 2002 Mar 1;8(3):CR131-7.

14.       Mohamadin AM, Hammad LN, El‐Bab MF, Gawad HS. Can nitric oxide‐generating compounds improve the oxidative stress response in experimentally diabetic rats?. Clinical and experimental pharmacology and physiology. 2007 Jul;34(7):586-93.

15.       Nisoli E, Tonello C, Cardile A, Cozzi V, Bracale R, Tedesco L, Falcone S, Valerio A, Cantoni O, Clementi E, Moncada S. Calorie restriction promotes mitochondrial biogenesis by inducing the expression of eNOS. Science. 2005 Oct 14;310(5746):314-7.

16.       Masoro EJ. Role of sirtuin proteins in life extension by caloric restriction. Mechanisms of ageing and development. 2004 Sep 1;125(9):591-4.

17.       Turkmen K, Karagoz A, Kucuk A. Sirtuins as novel players in the pathogenesis of diabetes mellitus. World journal of diabetes. 2014 Dec 12;5(6):894.

18.       Wenzel U. Nutrition, sirtuins and aging. Genes & nutrition. 2006 Jun;1:85-93.

19.       Fazelian S, Olia AS, Mirfatahi M, Hoseini M, Yganeh HS, Heshmati J, Namazi N. Effect of L-Arginine supplementation on antioxidant enzyme activity, total antioxidant capacity and body composition in patients with pre-diabetes. Arak Medical University Journal. 2013 Jan 1;16(78):25-35.

20.       Merksamer PI, Liu Y, He W, Hirschey MD, Chen D, Verdin E. The sirtuins, oxidative stress and aging: an emerging link. Aging (Albany NY). 2013 Mar;5(3):144.

21.       H Ruggiero C, Metter EJ, Cherubini A, Maggio M, Sen R, Najjar SS, Windham GB, Ble A, Senin U, Ferrucci L. White blood cell count and mortality in the Baltimore Longitudinal Study of Aging. Journal of the American College of Cardiology. 2007 May 8;49(18):1841-50.

22.       Guarente L. Sirtuins, aging, and medicine. New England Journal of Medicine. 2011 Jun 9;364(23):2235-44.

23.       Kitada M, Koya D. SIRT1 in type 2 diabetes: mechanisms and therapeutic potential. Diabetes & metabolism journal. 2013 Oct 1;37(5):315-25.

24.       Brownlee M. Biochemistry and molecular cell biology of diabetic complications. Nature. 2001 Dec 13;414(6865):813-20.

25.       Imai SI, Armstrong CM, Kaeberlein M, Guarente L. Transcriptional silencing and longevity protein Sir2 is an NAD-dependent histone deacetylase. Nature. 2000 Feb 17;403(6771):795-800.

 

 

 

 

 

Investigating the amount and activity of sirtuin in diabetic rats under caloric restriction and the effect of nitric oxide on it

Safar Mohseni Bandpi1, Nazanin Nazari2

 

1- Assistant Professor of Biology Department, Golestan University, Gorgan, Iran. Responsible author: [e-mail]

2- Master's student in Animal Physiology, Department of Biology, Golestan University, Gorgan, Iran.

 

Received:2023.04.16                                                                                          Accepted: 2023.07.29

 

Abstract

 

Background & Aim: Sirtuins are category 3 proteins of a family of histone deacetylase enzymes that catalyze the hydrolysis of the acetylated end of histone, causing chromatin shape change, creating heterochromatin, and as a result inhibiting transcription, and plays a role in aging and cancer. Sirtuin regulates important cellular processes such as apoptosis, cell aging and metabolism. Therefore, sirtuin can be a new therapeutic target for diabetes. Also, sirtuin is known as a protein that regulates lifespan. In this study, the effect of nitric oxide on sirtuin activity in diabetic rats under caloric restriction was investigated.

Materials & Methods: The animals used in this study were male Wistar rats weighing 250 grams, which were divided into 5 groups: control (C), calorie restricted (CR), diabetic (D), L-Arginine and L-Name groups. And each group included ten animals. To make each animal diabetic, streptozocin with a dose of 50 mg/kg was injected intraperitoneally. The group receiving L-Name (NO inhibitor) received it at a dose of 10 mg/kg as an intra-abdominal injection. The L-arginine (precursor of nitric oxide) group also received a dose of 50 mg/kg as an intraperitoneal injection.

Results: The calorie restriction group was subjected to a low calorie diet for 4 weeks. After a period of 4 weeks, the animals were anesthetized and blood was taken directly from their hearts. The amount of sirtuin was measured by the relevant kit and with the Elizarider device. The results were analyzed using spss software. The amount of serum sirtuin increased significantly in the L-arginine (P<0.05) and CR (P<0.01) groups, while it decreased significantly in the diabetes group (P<0.001). Also, the reduction of sirtuin in the L-Name group was not significant.

Conclusion: The results showed that L-arginine, as a precursor of nitric oxide, increases the amount of sirtuin in diabetic rats under caloric restriction.

Keywords: Nitric oxide, diabetes, calorie restriction, sirtuin

 

---